Skip to main content

Advertisement

Log in

Film growth mechanisms in pulsed laser deposition

  • Published:
Applied Physics A Aims and scope Submit manuscript

Abstract

This paper reviews our recent studies of the fundamentals of growth morphology evolution in Pulsed Laser Deposition in two prototypical growth modes: metal-on-insulator island growth and semiconductor homoepitaxy. By comparing morphology evolution for pulsed laser deposition and thermal deposition in the same dual-use chamber under identical thermal, background, and surface preparation conditions, and varying the kinetic energy by varying the laser fluence or using an inert background gas, we have isolated the effect of kinetic energy from that of flux pulsing in determining the differences between morphology evolution in these growth methods. In each growth mode analytical growth models and Kinetic Monte Carlo simulations for thermal deposition, modified to include kinetic energy effects, are successful at explaining much of what we observe experimentally.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Similar content being viewed by others

References

  1. J.C. Miller, R.F. Haglund, Laser Ablation and Desorption (Academic, New York, 1998)

    Google Scholar 

  2. P.R. Willmott, J.R. Huber, Rev. Mod. Phys. 72, 315 (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  3. J. Tersoff, M.D. Johnson, B.G. Orr, Phys. Rev. Lett. 78, 282 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  4. J.T. Cheung, J.S. Horwitz, MRS Bull. 17, 30 (1992)

    Google Scholar 

  5. Y. Franghiadakis, C. Fotakis, P. Tzanetakis, J. Appl. Phys. 84, 1090 (1998)

    Article  ADS  Google Scholar 

  6. Y. Franghiadakis, C. Fotakis, P. Tzanetakis, Appl. Phys. A 68, 391 (1999)

    Article  ADS  Google Scholar 

  7. C.B. Arnold, M.J. Aziz, Appl. Phys. A 69, 23 (1999)

    ADS  Google Scholar 

  8. D.B. Chrisey, G.K. Hubler, Pulsed Laser Deposition of Thin Films (Wiley, New York, 1994)

    Google Scholar 

  9. J.S. Horwitz, D.B. Chrisey, R.M. Stroud, A.C. Carter, J. Kim, W. Chang, J.M. Pond, S.W. Kirchoefer, M.S. Osofsky, D. Koller, Appl. Surf. Sci. 129, 507 (1998)

    Article  Google Scholar 

  10. H. Sankur, W.J. Gunning, J. DeNatale, J.F. Flintoff, J. Appl. Phys. 65, 2475 (1989)

    Article  ADS  Google Scholar 

  11. T. Venkatesan, X.D. Wu, R. Muenchausen, A. Pique, MRS Bull. 17, 54 (1992)

    Google Scholar 

  12. Z.-W. Lai, S. Das Sarma, Phys. Rev. Lett. 69, 3762 (1992)

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. G.H. Gilmer, C. Roland, D. Stock, M. Jaraiz, T. Diaz de la Rubia, Mater. Sci. Eng. B: Solid State Mater. Adv. Technol. 37, 1 (1996)

    Google Scholar 

  14. J.R. Botha, A.W.R. Leitch, J. Cryst. Growth 169, 629 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  15. S. Mackowski, G. Karczewski, F. Kyrychenko, T. Wojtowicz, J. Kossut, Thin Solid Films 367, 210 (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  16. W. Wulfhekel, H.J.W. Zandvliet, B.J. Hattink, G. Rosenfeld, G. Comsa, B. Poelsema, Phys. Rev. B 58, 15359 (1998)

    Article  ADS  Google Scholar 

  17. M.I. Larsson, G.V. Hansson, Jpn. J. Appl. Phys. Part 1: Regular Pap. Short Notes Rev. Pap. 33, 2282 (1994)

    Google Scholar 

  18. M.I. Larsson, W.-X. Ni, G.V. Hansson, J. Appl. Phys. 78, 3792 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. G. Rosenfeld, N.N. Lipkin, W. Wulfhekel, J. Kliewer, K. Morgenstern, B. Poelsema, G. Comsa, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 61, 455 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  20. G. Rosenfeld, B. Poelsema, G. Comsa, J. Cryst. Growth 151, 230 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  21. G. Koster, G.J.H.M. Rijnders, D.H.A. Blank, H. Rogalla, Appl. Phys. Lett. 74, 3729 (1999)

    Article  ADS  Google Scholar 

  22. M.E. Taylor, H.A. Atwater, M.V.R. Murty, Thin Solid Films 324, 85 (1998)

    Article  ADS  Google Scholar 

  23. H. Jenniches, M. Klaua, H. Hoche, J. Kirschner, Appl. Phys. Lett. 69, 3339 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  24. H. Jenniches, J. Shen, C.V. Mohan, S.S. Manoharan, J. Barthel, P. Ohresser, M. Klaua, J. Kirschner, Phys. Rev. B 59, 1196 (1999)

    Article  ADS  Google Scholar 

  25. S.S. Manoharan, J. Shen, H. Jenniches, M. Klaua, J. Kirschner, J. Appl. Phys. 81, 3768 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  26. M. Zheng, J. Shen, C.V. Mohan, P. Ohresser, J. Barthel, J. Kirschner, Appl. Phys. Lett. 74, 425 (1999)

    Article  ADS  Google Scholar 

  27. P. Ohresser, J. Shen, J. Barthel, M. Zheng, C.V. Mohan, M. Klaua, J. Kirschner, Phys. Rev. B 59, 3696 (1999)

    Article  ADS  Google Scholar 

  28. M. Weinelt, S. Schwarz, H. Baier, S. Muller, L. Hammer, K. Heinz, T. Fauster, Phys. Rev. B 63, 205413 (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  29. B. Hinnemann, H. Hinrichsen, D.E. Wolf, Phys. Rev. E 67, 011602 (2003)

    ADS  Google Scholar 

  30. M.E. Taylor, H.A. Atwater, Appl. Surf. Sci. 127–129, 159 (1998)

    Article  Google Scholar 

  31. B. Shin, M.J. Aziz, Phys. Rev. B 76, 085431 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  32. B. Shin, J.P. Leonard, J.W. McCamy, M.J. Aziz, Appl. Phys. Lett. 87, 181916 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  33. B. Shin, J.P. Leonard, J.W. McCamy, M.J. Aziz, J. Vac. Sci. Technol. A 25, 221 (2007)

    Google Scholar 

  34. B. Shin, M.J. Aziz, Phys. Rev. B 76, 165408 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  35. P. Politi, J. Villain, Phys. Rev. B 54, 5114 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  36. K.A. Bratland, Y.L. Foo, J. Soares, T. Spila, P. Desjardins, J.E. Greene, Phys. Rev. B 67, 125322 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  37. D.L. Smith, C.C. Chen, G.B. Anderson, S.B. Hagstrom, Appl. Phys. Lett. 62, 570 (1993)

    Article  ADS  Google Scholar 

  38. E. Vasco, J.L. Sacedon, Phys. Rev. Lett. 98, 036104 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  39. D. Walton, J. Chem. Phys. 37, 2182 (1962)

    Article  ADS  Google Scholar 

  40. J.S. Biteen, D. Pacifici, N.S. Lewis, H.A. Atwater, Nano Lett. 5, 1768 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  41. J.S. Biteen, N.S. Lewis, H.A. Atwater, H. Mertens, A. Polman, Appl. Phys. Lett. 88, 131109 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  42. G. Jeffers, M.A. Dubson, P.M. Duxbury, J. Appl. Phys. 75, 5016 (1994)

    Article  ADS  Google Scholar 

  43. J. Carrey, J.-L. Maurice, Phys. Rev. B 63, 245408 (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  44. J. Carrey, J.-L. Maurice, Phys. Rev. B 65, 205401 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  45. F.A. Nichols, W.W. Mullins, J. Appl. Phys. 36, 1826 (1965)

    Article  ADS  Google Scholar 

  46. A.A. Baski, H. Fuchs, Surf. Sci. 313, 275 (1994)

    Article  ADS  Google Scholar 

  47. P. Jensen, B. Niemeyer, Surf. Sci. 384, L823 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  48. N. Combe, P. Jensen, Phys. Rev. B 57, 15553 (1998)

    Article  ADS  Google Scholar 

  49. J.M. Warrender, M.J. Aziz, Phys. Rev. B 76, 045414 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  50. J.M. Warrender, M.J. Aziz, Phys. Rev. B 75, 085433 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  51. J.M. Warrender, M.J. Aziz, Appl. Phys. A 79, 713 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Michael J. Aziz.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Aziz, M.J. Film growth mechanisms in pulsed laser deposition. Appl. Phys. A 93, 579–587 (2008). https://doi.org/10.1007/s00339-008-4696-7

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00339-008-4696-7

PACS

Navigation